Совершенствование технологии производства эфирных масел из плодов можжевельника

Введение. Можжевельник обыкновенный ( Juniperus communis L.) – это природный вечнозеленый кустарник или дерево, растущее в сухих неокультуренных регионах Азии, Европы, Крыма, Дальнего Востока и Сибири. Ягоды и хвоя можжевельника обыкновенного содержат эфирное масло с характерным ароматическим и горьким вкусом. Ягоды имеют шаровидную форму диаметром 4–12 мм и обычно три (иногда шесть) мясистых сросшихся чешуек, каждая чешуя с одним семенем. Семена рассеиваются, когда птицы поедают шишки, переваривая мясистую чешуйку и выделяя твердые семена с пометом. Мужские шишки желтые, 2–3 мм в длину, опадают вскоре после сброса пыльцы. Вяжущие сине- черные семена обычно слишком горькие, чтобы их можно было есть сырыми, и их сушат для использования в качестве кулинарного компонента в разных регионах мира. Эфирное масло, полученное из спелых сушеных ягод, имеет легкий фруктовый аромат [1–3].

Выход летучего масла из ягод и хвои можжевельника зависит от географического положения растения, степени спелости и возраста, а также метеорологических условий (температу- ра, продолжительность солнечного света, продолжительность фотопериода). Средний выход масла варьировался от 0,5 до 2,5 % (ягоды) и от 0,2 до 1,0 % (хвоя). В последние годы в ряде публикаций сообщалось о составе масла из ягод и хвои можжевельника. Традиционно эфирное масло получают из ягод можжевельника путем гидродистилляции. Его состав значительно варьируется и состоит в основном из монотерпенов (α-пинен, сабинен, мирцен) и сесквитерпенов (кариофиллен, мууролен, гермак-рен-D и B, гумулен). Основными оксигенированными терпеноидами являются терпинен-4-ол, цитронеллол и терпенилацетат. Выполненные исследования химического состава можжевельника обыкновенного (Juniperus communis L.) показали [1, 2, 4, 5], что во всех составных частях биомассы можжевельника содержится эфирное масло. Наибольшее количества эфирного масла обнаружено в плодах можжевельника обыкновенного (1,5–3,0 %) [6].

Учитывая широкое применение плодов можжевельника обыкновенного в парфюмерной, фармацевтической, косметической и пищевой промышленностях, были проведены научно- исследовательские работы для дальнейшего развития и увеличения объемов производства можжевелового эфирного масла по ресурсосберегающей технологии на малогабаритном оборудовании в отдаленных местах по месту произрастания растительного сырья.

Цель исследования – совершенствование технологии производства эфирного масла из плодов можжевельника с использованием нового технологического оборудования со шнековым рабочим органом для паровой дистилляции.

Задачи: получение дополнительных экспериментальных данных по объемам выхода эфирного масла во временной период воздействия острого пара на сырые и сушеные плоды можжевельника обыкновенного.

Объекты и методы. Объектом исследования являются свежие и сухие плоды можжевельника обыкновенного. Последовательность методов исследования объемов выхода по разработанной технологии паровой дистилляции производства эфирных масел из плодов можжевельника обыкновенного представлена на рисунке 1.

Технология сбора плодов можжевельника соответствует требованиям ГОСТ 2802-89 «Плоды можжевельника обыкновенного».

Практическая реализация разработанного производственного цикла извлечения можжевелового масла на приведенной схеме рисунка 1 определяется технической новизной установки паровой дистилляции можжевелового сырья.

Рис.1. Схема производственного цикла можжевелового эфирного масла

На рисунке 2 представлена кинематическая схема установки для паровой дистилляции (интеллектуальная собственность которой защищена патентом Российской Федерации [7]), которая состоит из блока А, блока Б, блока В и блока Г.

Блок А включает в себя холодильник 1 и флоринтину 2. Блок Б состоит из герметичного контейнера 1, крышки 2, полого шнека 3, опоры 4, загрузочного бункера 5, герметичного люка 6, плодов можжевельника 7, полости для подачи острого пара 8. В верхней части контейнера 1 имеется патрубок отвода 9, парораспределительная камера 17. Блок В включает редуктором 1, привод шнека 2 и блоком управления 3. Блок Г – паровой котел 1 и печь 2.

Установка работает следующим образом. Перегретый пар из блока Г поступает в парораспределитель 17, который распределяет его по полому шнеку 3 через отверстия в валу и полости 8. Истекая из отверстий, пар осуществляет нагрев всей массы сырья плодов можжевельника обыкновенного 7, находящегося в контейнере 1.

В блоке В включается реверс привода от блока управления 3 и вращает шнек 2 через редуктор 1, совершая периодически по одному обороту шнека 3 в противоположные стороны, что увеличивает интенсивность процесса паровой обработки плодов можжевельника обыкновенного 7. Образовавшиеся в результате отгонки пары воды с частицами эфирного масла движутся вверх и через патрубок отвода 9 поступают в холодильник 1 блока А, где конденсируются. Образовавшийся дистиллят воды и масла стекает из холодильника 1 во флорентину 2. Здесь он разделяется на масло-сырец и флорентинную воду.

Рис. 2. Кинематическая схема установки для паровой дистилляции плодов можжевельника.

Повышение производительности и улучшение качества отгонки эфиромасличных паров достигается за счет интенсификации процесса паровой обработки плодов можжевельника острым водяным паром, основная часть которого, проходя через измельченную плодовую массу, перемешивается с частицами эфирного масла, увлекая их за собой в холодильник и далее во флорентину, где происходит разделение конденсата на масло-сырец и флорентинную воду.

Результаты и их обсуждение. Экспериментальные исследования производились со свежими плодами массой 0,5 кг, со жмыхом массой 0,5 кг, полученного путем прессования свежих ягод для производства сока, с сушеными пло- дами массой 0,5 кг и сушеными плодами, измельченными до размера 0,2 мм. В загруженных экспериментальных образцах во внутреннюю полость лабораторной установки, при подаче острого пара температурой 115–120 °С, начинается процесс дистилляции плодах можжевельника, при котором острый пар поднимается вверх и захватывает летучие компоненты из плодов и создается смесь с ароматическими молекулами, причем чем выше концентрация ароматических молекул, тем выше качество конечного продукта. Для повышения условий полного выхода ароматических молекул в разработанной установке предусмотрено включение реверса привода от блока управления для пе- риодического вращения шнека через редуктор в противоположные стороны, что позволяет перемещать плоды в обратном направлении и тем самым увеличивать интенсивность процесса паровой обработки плодов можжевельника. Выход эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного приведен в таблице.

Выход эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного, г

Анализ результатов экспериментальных исследований зависимости выхода можжевелового эфирного масла от физического состояния плодов можжевельник обыкновенного показал, что наибольший выход можжевелового эфирного масла обеспечивают свежие ягоды, заготовленные согласно требованиям ГОСТ 2802-89 «Плоды можжевельника обыкновенного» (условно принимаемый за 100 % выход 14,697 г), выход эфирного масла из жмыха от плодов после прессования и получения сока составил 95,99 %, выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 18–20 % составил 96,96 % и выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 16–18 % и измельченных до 0,2 мм составил 98,92 %.

Заключение

• 1.    Результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что наибольший выход эфирного масла получен из свежих плодов можжевельника обыкновенного (принимаемый за 100 % выход 14,697 г), выход эфирного масла из жмыха от плодов после прессования и получения сока составил 95,99 %, выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 18–20 % – 96,96 % и выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 16–18 % и измельченных до 0,2 мм – 98,92 %.

• 2.    Установлено, что экспериментальное производство эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного на 14–20 % выше приведенного выхода из литературных данных, что указывает на эффективность использования нового оборудования.